实验4-1GIS空间分析(空间分析基本操作)

1、实验4-1、空间分析基本操作、实验目的1. 了解基于矢量数据和栅格数据基本空间分析的原理和操作。2. 掌握矢量数据与栅格数据间的相互转换、栅格重分类(Raster Reclassify)、栅格计算一查询符合条件的栅格 (Raster Calculator)、面积制表(Tabulate Area )、分区统计(Zonal Statistic)、缓冲区分析(Buffer)、采样数据的空间内插(Interpolate)、 栅格单元统计(Cell Statistic )、 邻域统计(Neighborhood )等空间分析基本操作和用途。3. 为选择合适的空间分析工具求解复杂的实际问题打下基础。二、实验

2、准备预备知识：空间数据及其表达空间数据(也称地理数据)是地理信息系统的一个主要组成部分。空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格 和数字等。它是GIS所表达的现实世界经过模型抽象后的内容，一般通过扫描仪、键盘、 光盘或其它通讯系统输入 GIS。在某一尺度下，可以用点、线、面、体来表示各类地理空间要素。有两种基本方法来表 示空间数据：一是栅格表达 ；一是矢量表达。两种数据格式间可以进行转换。空间分析空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术， 其目的在于提取空间信 息或者从现有的数据派生出新的数据，是将空间数据转变为信息的过程。

3、空间分析是地理信息系统的主要特征。 空间分析能力(特别是对空间隐含信息的提取和 传输能力)是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面， 也是评价一个地理信息系统的 主要指标。空间分析赖以进行的基础是地理空间数据库。 空间分析运用的手段包括各种几何的逻辑 运算、数理统计分析，代数运算等数学手段 。空间分析可以基于矢量数据或栅格数据进行， 具体是情况要根据实际需要确定。空间分析步骤根据要进行的空间分析类型的不同， 空间分析的步骤会有所不同。通常，所有 的空间分析都涉及以下的基本步骤，具体 在某个分析中，可以作相应的变化。空间分析的基本步骤：a) 确定问题并建立分析的目标和要满足 的条件b) 针对空

4、间问题选择合适的分析工具c) 准备空间操作中要用到的数据。d) 定制一个分析计划然后执行分析操作。e) 显示并评价分析结果空间分析实际上是一个地理建模过程，它涉及：问题的确定、使用哪些空间分析操作、 评价数据、以合适的次序执行一系列的空间分析操作、显示及评价分析结果。实验数据：Slopel （栅格数据），Landuse （栅格数据），landuse92, r5yield, emidalat街道图层AlOStreets和城市地籍图层AIOZonecov气温.shp, YNBoundary.shp（云南省的边界）、实验内容及步骤空间分析模块本章的大部分练习都会用到空间分析扩展模块，要使用“空间分析

5、模块”首先在ArcMap中执行菜单命令 工具 扩展 ，在扩展模块管理窗口中，将“空间分析”前的检查框打勾。然后，在ArcMap工具栏的空白区域点右键，在出现的右键菜单中找到 “空间分析”项,点击该项，在ArcMap中显示“空间分析”工具栏。S 3D mm占:=伽口 缶 nr-rm-rTf.JTy口0 SL胡心罚滴：Hcyiir旬9齢円t1 ESH i he冲I耳匸期心年匸曲赭1U娶言密些般博廿严丄旦異壬扩泉向XfH执行“空间分析”工具栏中的菜单命令空间分析 选项设定与空间分析操作有关的一些参数。这里请在常规选项中设定一个工作目录。因为在空间分析的过程种会产生一些中间结果，默认的情况下这些数据会

6、存储在Windows系统的临时路径下（C:temp），当设置空间分析工具栏了工作目录后，这些中间结果就会保存在指定的路径下。1. 了解栅格数据在ArcMap中，新建一个地图文档，加载栅格数据:Slopel，在TOC中右键点击图层在ArcMap中，新建一个地图文档，加载栅格数据：Slopel，在TOC中右键点击图层Slopel，查看属性Slopel，查看属性在图层属性对话框中，点击“数据源”选项，可以查看此栅格图层的相关属性及统计信 息。打开“空间分析”工具栏，点击图标血，查看栅格数据的统计直方图：宜方图ctem:字段二VALUE新建ArcMap地图文档：加载离散栅格数据：Landuse,在TO

7、C中右键点击Landuse , 开属性表”Inn查看字段“ Count”可以看到每种地类所占栅格单元的数目2. 用任意多边形剪切栅格数据（矢量数据转换为栅格数据）在ArcCatalog下新建一个要素类 （要素类型为：多边形），命名为：ClipPoly.shp在ArcMap 中，加载栅格数据：Landuse、和ClipPoly.shp立件上编辑E椰團工逸择窗口帮肋3）步 |1.32：,£"9二仏'a o| a « 0 E3塵网.|画®BE空问归靳;A）十国层-3 poi/Cto日匚3 回 landm 1打开 编辑器 工具栏，开始编辑ClipPoly

8、，根据要剪切的区域，绘制一个任意形状的多边形。打开属性表，修改多边形的字段“ID”的值为1，保存修改，停止编辑。打开空间分析工具栏执行命令： <空间分析 > <转换 >-< 要素到栅格>扌旨定栅格大小：查询要剪切的栅格图层Lan duse的栅格大小，这里指定为 25指定输出栅格的名称为路径执行命令： < 空间分析 >-< 栅格计算器>构造表达式：La nduse*polyClip4-polyclip4,执行栅格图层：Landuse和用以剪切的栅格polyClip4之间的相乘运算得到的结果即是以任意多边形剪切的Lan duse数据3.

9、栅格重分类(Raster Reclassify)通过栅格重分类操作可以将连续栅格数据转换为离散栅格数据在ArcMap中，新建地图文档，加载栅格数据Slope1，打开 空间分析”工具栏，执行菜单命令重分类”州格计算器臣，转换©选琐妙至闾分析图展:辰苗茗功卜巒度E)内赫成栅椅H表面分析卜像隶銃计邻威魏计曲“区感统计足.将坡度栅格重新分为 5类：0 - 8、8 - 15 > 15 - 25、25 - 35、35度以上。4. 栅格计算查询符合条件的栅格(Raster Calculator)找出坡度在25度以下的区域在上一步的基础上进行，执行“空间分析”工具栏上的命令：空间分析 -栅格计

10、算器构造表达式 Slope1=25满足条件的栅格赋值为1,其余的栅格赋值为05. 面积制表(Tabulate Area )在上一步的基础上进行。加载Landuse92栅格图层，打开 ArcToolboxArcToolbox+ 毎 rwr R e5ei'e<ici -=-毎1 年4诃 Analyst Tsos* Zcwndcoral每 Deoity* & Dis:orcc 腎 Lu Zxb ci_ti&* & jeu,e! sliz-jUQ'i4 野 jrcund'/. JTe1* 畅 Tydroag#< i4L''&g

11、t;牧厳夹幸引瞬ArcToolbox几筑统比3 副區IKIKIZ区旺 :-.zzzz尸Z在 ArcToolbox中，执行<Spatial Analyst Tools>-<Zonal>下的"面积制表”工具；ri訂按上图所示，指定分区数据和输入栅格数据打开得到的交叉面积数据表，观查其中的记录，理解本操作的意义是什么?6. 分区统计(Zonal Statistic)r5yield (粮食产区分类图)、栅格Organic( 土在ArcMap中新建地图文档，加载栅格图层 壤有机质含量分布图)在r5yield中，根据产量不同分为5个粮食产区弓高产毘区1低产量区 2中产量区

12、 中产量国 斗中产星区打开ArcToolbox ,执行<Spatial Analyst Tools>-<Zonal>下的"区域统计到表” 分析工具， 按上图所示指定参数，确认后得到如下一个数据表：仔细研究上面的数据表，理解本操作的意义是什么?点击上面数据表中的选项按钮，执行“创建图形”命令根据向导提示，设定参数，生成不同粮食产区土壤有机质含量（平均值）的统计图表zstat7=zstat7E2 表lsI y-I y c dH N- N- R OUDDDnDNrAN女劇s騎皓- &.卜岸理:J?編洱丄旦栏LEStL卜工貝口|却他齋肋U地啞臧;些希保D瞞径爭

13、件逻bt編枢向导働“从统计图中可以看出， 产量最低区有较低的有机质含量，中产区有机质含量较高， 这表明较高的有机质含量会带来较高的产量。最高产量区有机质含量较低可能是其他因素的影 响。7. 缓冲区分析（Buffer）添加缓冲区向导到菜单中在ArcMap中，执行命令： 工具 -定制 在出现的对话框中的“命令”选项页。定削工 扩崗日选项在左边栏中，目录列表框中，选择“工具”在右边栏中，命令列表框中，选择“缓冲区向导”拖放“缓冲区向导”图标到菜单 工具中，或者拖放到一个已存在的工具栏上。 关闭“定制”对话框创建街道的线状缓冲区新建地图文档，加载街道图层AlOStreets和城市地籍图层：AIOZon

14、ecov （地图单位为：米）执行菜单命令： 选择 -通过属性选择| AC I Streets在列耒中A昆示可迭年曲图匡o3ER】【35E :M rRVE"nPRE DIR 【壬T=iL%己 STR_TP=1 5L'F_EIRiRh辭亠ag:匕_d _id _2_J jjd jlI jlIKl| 一 I !>SELECTFROU 如呛订HERE堆一芮IE'L07ER X；RESCEHT PRESS':.-._三TMNA'=5TMER ；+ k i 'Cl >l科色陆 teiEf- MtftfH-： met'd倶存:.关辺:*

15、二 -I 二*构造表达式：STR_NAME= ' CYPRESS'，从图层AlOStrees中，选择街道名称为CYPRESS的街道执行“工具”菜单中的“缓冲区向导”命令，或点击“缓冲区向导”图标，打开缓冲区向 导对话框：通过缓冲区向导，建立所选择街道的50米缓冲区（一个多边形图层）得到沿街道“ CYPRESS”的50米缓冲区得到沿街道“ CYPRESS”的50米缓冲区8.空间关系查询Select By Locatio n ：根据位置选择在上一步的基础上进行，找出与街道“ CYPRESS”的50米缓冲区相交的地块。9. 采样数据的空间内插(Interpolate)空间插值常用于将

16、离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法是一种通过已知点 的数据推求同一区域其它未知点数据的计算方法；空间外推算法则是通过已知区域的数据，推求其它区域数据的方法。数据：气温.shp中有两个字段 Y01 Y02记录的是16个气象观测站，2001年和2002年的 年平均气温，下面要通过空间内插的方法将点上的数据扩展到连续的空间上，得到气温空间分布图。YNBoundary.shp是云南省的边界新建地图文档，加载图层：气温.shp、YNBoundary,打开“空间分析”工具栏，执行菜单命令 <空间分析 >-&l

17、t; 内插成栅格 >-<样条>在样条函数内插对话框中，按下图所示指定参数CaliC-*?!确定后，得到如下的气温空间分布图（通过修改图例得到相同的效果）2001年平均气温样条函数空间内插 参考以上操作，生成2002年的平均气温空间分布图：2002年平均气温样条函数空间内插 执行菜单命令 空间分析 -选项，通过设置 相关选项和参数，重新进行空间插值, 得到如下的结果（用“距离权重倒数”内插方法）10. 栅格单元统计（Cell Statistic ）在上一步的基础上进行现在我们要根据2001年和2002年的年平均气温得到多年平均气温空间分布图，打开“空间分析”工具栏，执行菜单命令

18、<空间分析 >-< 像素统计>2001、2002年间平均气温空间内插11. 邻域统计(Neighborhood)邻域分析也称为窗口分析， 主要应用于栅格数据模型。 地理要素在空间上存在着一定的 关联性。对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的 （I，J）栅格往往会影响其周围栅格的 属性特征。准确而有效地反映这种事物空间上联系的特点，是计算机地学分析的重要任务。窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据,开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算,从而实现栅格数据有均值（Mean ）少数（Minority ）高通量（High Pass ）最大值（Maximum ） 最小值（Minimum ） 标准差（Standard Deviation 变异度（Variety ）UuLpu l instar效的水平方向扩展分析。支持的几种分析窗口类型:ArcMap中，邻域统计功能所支持的各类算子多数（Majority ）中值（Median ） 范围（Range ）总数（Sum ） 低通量（Low Pass ）始栅格（总数Sum）邻域统计栅格在ArcMap中新建地图文档，加载栅格数据：emidalat,打开"空间分析”工具栏，执行“邻域统计”命令，按如下所示指定参数,将得